[发明专利]一种车辆转向系统及使用该系统的车辆

说明书

本发明涉及一种车辆转向系统及使用该系统的车辆。该转向系统由若干个车轮组件（100,110）及若干相关传动机构构成，由一个车轮（5）与一个动力源（1）连接并由动力源（1）驱动旋转。该车辆转向系统不需要方向驱动装置，即不需要机械式方向盘或者方向舵以及转向桥带动车轮或车辆转向。通过调整每个车轮（5）的转速和里程，可以实现车辆的直线前进运动和转向运动，该车辆可以实现多种运动模式，即可以实现直线前进运动、阿克曼转向、原地转向和横向平移。根据车辆的使用场景配置测量车辆方向角或车身转向角度的传感器，根据采集到的数据，进行控制决策。

技术领域

本发明涉及车辆转向系统使用该系统给的车辆，属于车辆工程领域，亦可应用于机器人领域。

背景技术

在普通汽车车辆中，车辆转向的功能通过连接到转向桥的方向舵控制车轮的方向进而控制车辆转向。应用该转向方式的车辆依照阿克曼原理进行转向，转弯半径较大，车辆无法实现原地转向，更无法实现车辆的横向平移。

目前有些特种车辆或者机器人为了实现原地转向，采用履带式转向，或者采用四轮无舵差速方式，由于地面和履带或车轮产生相对滑动，使得部分运动能量用于摩擦发热，能量利用效率较无相对滑动转向形式低，履带或者车轮的磨损增大，可以实现原地转向，但同样无法实现横向平移。常用的Omni轮或者麦克纳姆轮式底盘，虽然可以实现原地转向和横向平移，但由于其车轮边缘处布置的小滚轮，使其只能在平坦清洁的路面上运动，且车轮无法越过高于其滚轮半径的障碍。

为此，日本NTN公司生产了一种电动汽车Q’mo，在车轮上安装了轮毂电机，利用MDS（多驱动系统）通过转向装置控制车辆的车轮，并且能够将车轮调节到相应的角度实现自转和横向平移。其中专利JP 2016-132316 A、JP 2015-93497 A、JP 2015-44565 A均提出了这种车辆的若干种实施方式。然而，上述几个专利提出的实施方式中，需要应用方向舵以及齿轮齿条等转向机构和电机作为驱动装置，用以实现车轮转向和转向模式切换，其结构复杂，附加传动机构和驱动装置增加了车身自重、机构的复杂性以及控制系统的复杂性，降低了电能的利用效率，同时需要较高的成本。同样，专利CN 101298257A也采用了类似的传动形式，同样存在上述问题。

发明内容

本发明试图提出一种车辆转向系统，可以实现阿克曼转向，也可以实现车辆的原地转向和横向平移，越障能力与普通使用阿克曼转向机构的车辆相当，同时取消了车辆的转向舵、转向桥、差速器等转向传动装置，采用控制车轮速度和里程的方式控制车辆转向，换言之，无论是车辆的阿克曼转向、原地转向或横向平移，不需要任何专门用于转向的电机等驱动装置和转向舵、转向桥、差速器等传动装置。

为此，本发明的主题是提出一种车辆转向系统。该转向系统由一种车轮组件及相关的传动装置组成，该车轮组件包括电机、车轮和其他相关传动装置，将四个该车轮组件铰接于车架的左前、左后、右前、右后四个方位，使其可以沿与各自车轮转轴正交的竖向转轴转动。同时将车身左右两侧同侧的前后车轮组件采用传动装置连接，约束其左右两侧的同侧的车轮组件只能绕上述竖向转轴做相反方向转动，以保证车辆在正常行驶过程中各车轮运动方向不会随机转动。

本发明的另一个主题是提出一种使用上述转向系统的车辆，该车辆通过可以测量车辆方向角或车身转向角度的传感器返回的数据做出控制决策。

本发明的特征在于，通过传动装置连接使左右两侧同侧车轮的运动方向联动偏转，即左前轮和左后轮只能向相反方向联动偏转，右前轮和右后轮只能向相反方向联动偏转，通过调整各车轮转速和里程，控制各车轮组件偏转方向和角度，进而实现车辆的阿克曼转向，原地转向和横向平移这三种转向模式。

附图说明

通过详细描述一个实施例来更好的展现本发明提出的车辆转向系统的优点，该描述通过如下的附图示出。

图1示出了车轮组件和转动支架铰接后的主视图；